Znanstvenici sa Sveučilišta u Sydneyu i Instituta za istraživanje dječje medicine (CMRI) u Westheadu postigli su značajan napredak u 3D printanju funkcionalnih ljudskih tkiva. Koristili su 3D fotolitografsko printanje kako bi stvorili funkcionalna ljudska tkiva koja vjerno oponašaju arhitekturu organa.
Znanstvenici su koristili tehniku biotehnologije i kulture stanica kako bi usmjerili matične stanice dobivene iz krvnih stanica i stanica kože da postanu specijalizirane. Te specijalizirane stanice mogu zatim formirati strukture slične organima.
Projekt je vodio profesorica Hala Zreiqat i dr. Peter Newman sa Sveučilišta u Sydneyu, Fakulteta za biomedicinski inženjering, te profesor Patrick Tam koji je voditelj Odjela za istraživanje embriologije CMRI-ja. Znanstveni rad njihovog tima naslovljen ‘Programming of Multicellular Patterning with Mechano-Chemically Microstructured Cell Niches’ objavljen je u časopisu Advanced Science.
Gledajući prema budućnosti, istraživački tim će se sada usredotočiti na razvoj svoje tehnike kako bi unaprijedili područje regenerativne medicine i istraživali nove tretmane za različite bolesti.
“Naša nova metoda djeluje kao uputstvo za stanice, omogućujući im da stvaraju tkiva koja su bolje organizirana i bliža svojim prirodnim pandanima. Ovo je važan korak prema mogućnosti 3D tiskanja funkcionalnih tkiva i organa”, komentirala je profesorica Hala Zreiqat.
“UPUTSTVO ZA STANICE”
Stanice zahtijevaju detaljne upute u obliku strategijski pozicioniranih proteina i mehaničkih okidača kako bi izgradile tkiva. Prema dr. Newmanu, bez ovih specifičnih uputa, stanice su sklone grupirati se na nepredvidive i neprecizne načine.
Kroz ovo istraživanje, znanstvenici su iskoristili novu tehniku 3D fotolitografskog tiskanja kako bi generirali mikroskopske mehaničke i kemijske signale koji vode stanice prema točnim i organiziranim strukturama sličnim organima.
Ova tehnika je uspješno korištena za stvaranje skupine kosti i masti koja sliči strukturi kosti. Također je primijenjena za izradu skupine tkiva koja sliči procesima tijekom rane razvojne faze sisavaca.
“U prošlosti su matične stanice uzgajane kako bi generirale mnoge tipove stanica, ali nismo mogli kontrolirati kako se diferenciraju i slažu u 3D”, komentirao je profesor Tam. “S ovom biotehnološkom tehnologijom sada možemo usmjeriti matične stanice da oblikuju određene tipove stanica i pravilno ih organiziraju u vremenu i prostoru, čime oponašamo stvarni razvoj organa.”
POTENCIJALNE MEDICINSKE PRIMJENE
Nada se da će ovo istraživanje doprinijeti napretku razumijevanja kako organi razvijaju i funkcioniraju te kako genetske mutacije i greške u razvoju utječu na bolesti organa.
Osim toga, ovo istraživanje se smatra potencijalnim za razvoj terapija zasnovanih na stanicama i genima. Mogućnost proizvodnje željenih tipova stanica mogla bi olakšati proizvodnju klinički relevantnih matičnih stanica za terapeutske svrhe.
“Ova metoda ima ogromne praktične implikacije. Na primjer, u regenerativnoj medicini gdje postoji hitna potreba za transplantacijom organa, daljnja istraživanja ovim pristupom mogla bi olakšati rast funkcionalnih tkiva u laboratoriju,” objasnila je profesorica Hala Zreiqat.
Dr. Peter Newman je dodao da “ova tehnologija može revolucionirati način na koji proučavamo i razumijemo bolesti. Stvaranjem preciznih modela oboljelih tkiva, možemo pratiti napredovanje bolesti i reakcije na terapije u kontroliranom okruženju.”
Znanstvenici posebno nadaju da njihova saznanja mogu pomoći u liječenju gubitka vida uzrokovanog degeneracijom makule i nasljednim bolestima koje rezultiraju gubitkom fotoreceptorskih stanica retine.
“Ako možemo generirati skup stanica putem biotehnologije i vidjeti kako cijeli sistem funkcionira, tada možemo istražiti terapije koje koriste funkcionalne stanice kako bi zamijenile stanice u oku koje su izgubljene zbog bolesti,” izjavio je profesor Tam.
“To bi imalo velik utjecaj ako možemo dostaviti zdrave stanice u oko. Bez obzira na to je li makula (područje retine odgovorno za centralni vid) izgubljena zbog nasljedne bolesti ili traume, liječenje bi bilo isto.”
3D PRINTANJE ORGANA
Unatoč obećavajućim rezultatima ovog istraživanja, 3D bioprintanje živih, presađivih organa još je daleko od stvarnosti. Međutim, nekoliko tvrtki napreduje prema ovom dugoročnom cilju.
Prošle godine je objavljeno da su istraživači sa Sveučilišta Stevens Institute of Technology u New Jerseyju koristili tehniku računalnog modeliranja kako bi unaprijedili 3D bioprintanje temeljeno na mikrofluidici, s nadom da bi to moglo omogućiti 3D printanje cijelih ljudskih organa.
“Skala je vrlo važna, jer utječe na biologiju organa. Radimo na razini ljudskih stanica, što nam omogućuje printanje struktura koje oponašaju biološke značajke koje pokušavamo replicirati,” objasnio je Robert Chang, asocijativni profesor na Stevens School of Engineering & Science.
U drugim dijelovima, istraživački tim sa Sveučilišta u Utrechtu već je uspio izraditi funkcionalne jetre koristeći ultra-brzo volumetrijsko 3D bioprintanje .
Tim je uspješno izradio funkcionalne dijelove jetre veće od 1 cm³ u manje od 20 sekundi putem 3D tiskanja organoida, minijaturiziranih jedinica od oko 1 mm izrađenih od matičnih stanica koje kopiraju aspekte svojeg referentnog tkiva. Ovi dijelovi jetre uspješno su obavljali ključne procese eliminacije toksina, oponašajući one koje obavljaju prirodne ljudske jetre.
